Lax–Sato integrable dispersionless systems on supermanifolds related to a centrally extended generalization of the loop superconformal Lie algebra
DOI:
https://doi.org/10.3842/umzh.v77i9.7950Keywords:
dispersionless systems, Lax-Sato integrability, superconformal vector fields, semi-direct sum, Adler-Kostant-Symes theory, Casimir invariantAbstract
UDC 517.9
We propose a new Lie-algebraic approach to the construction of Lax–Sato integrable dispersionless systems on functional supermanifolds by means of the centrally extended semidirect sum of the loop Lie algebra of superconformal vector fields on a supertorus and its regular dual space, which is based on the general Adler–Kostant–Symes Lie-algebraic scheme. By using this approach, we obtain the Lax–Sato integrable superanalogs for some systems of Mikhalev–Pavlov-type dispersionless equations given on functional supermanifolds of four commuting and numerous anticommuting independent variables and find the left gradients of the Casimir invariant reduced to the orbits of the coadjoint action of the central extension, related to these systems, as well as the associated pairs of compatible Poisson operators.
References
1. O. E. Hentosh, Ya. A. Prykarpatsky, D. Blackmore, A. K. Prykarpatski, Lie-algebraic structure of Lax–Sato integrable heavenly equations and the Lagrange-d’Alembert principle, J. Geom. Phys., 120, 208–227 (2017); http://dx.doi.org/10.1016/geomphys.2017.06.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geomphys.2017.06.003
2. A. K. Prykarpatski, O. Ye. Hentosh, Ya. A. Prykarpatsky, Geometric structure of the classical Lagrange–d’Alembert principle and its application to integrable nonlinear dynamical systems, Mathematics, 5, № 4, MDPI, Basel, Switzerland (2017); https://doi.org/10.3390/math5040075. DOI: https://doi.org/10.3390/math5040075
3. O. Ye. Hentosh, Ya. A. Prykarpatsky, D. Blackmore, A. K. Prykarpatski, Dispersionless completely integrable heavenly type Hamiltonian flows nd their differential-geometric structure, Symmetry, Integrability and Geometry: Methods and Applications, 15, Article 079 (2019); https://doi.org/10.3842/SIGMA.2019.079. DOI: https://doi.org/10.17352/amp.000006
4. М. М. Притула, Нова цілком інтегровна бездисперсійна динамічна система небесного типу, породжена векторними полями на торі, Нелінійні коливання, 24, № 1, 110–127 (2021); Переклад англійською: J. Math. Sci., 265, № 4, 682–702 (2022); https://doi.org/10.1007/s10958-022-06077-3. DOI: https://doi.org/10.1007/s10958-022-06077-3
5. О. Є. Гентош, Я. А. Прикарпатський, О. А. Балінський, А. К. Прикарпатський, Геометричні структури на орбітах петельних груп дифеоморфізмів та асоційовані інтегровні гамільтонові системи „небесного'' типу. I, Укр. мат. журн., 74, № 8, 1029–1059 (2022); https://doi.org/10.37863/umzh.v74i8.6614; Переклад англійською: Ukr. Math. J., 74, № 8, 1175–1208 (2023); https://doi.org/10.1007/s11253-023-02129-2. DOI: https://doi.org/10.37863/umzh.v74i8.6614
6. J. F. Plebanski, Some solutions of complex Einstein equations, J. Math. Phys., 16, № 12, 2395–2402 (1975); https://doi.org/10.1063/1.522505. DOI: https://doi.org/10.1063/1.522505
7. V. G. Mikhalev, On the Hamiltonian formalism for Korteweg–de Vries type hierarchies, Funct. Anal. and Appl., 26, № 2, 140–142 (1992); https://doi.org/10.1007/BF01075282. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01075282
8. M. P. Pavlov, Integrable hydrodynamic chains, J. Math. Phys., 44, № 9, 4134–4156 (2003); https://doi.org/10.1063/1.1597946. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1597946
9. B. G. Konopelchenko, W. K. Schief, A. Szereszewski, Self-dual Einstein spaces and the general heavenly equation. Eigenfunctions as coordinates, Class. and Quantum Gravity, 8, № 4, Article 045007 (2022); https://doi.org/10.1088/1361-6382/abd145. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6382/abd145
10. M. Adler, On a trace functional for formal pseudo-differential operators and the symplectic structure of the Korteweg–de Vries type equations, Invent. Math., 50, № 3, 219–248 (1978); https://doi.org/10.1007/BF01410079. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01410079
11. B. Kostant, The solution to a generalized Toda lattice and representation theory, Adv. Math., 34, № 3, 195–338 (1979); https://doi.org/10.1016/0001-8708(79)90057-4. DOI: https://doi.org/10.1016/0001-8708(79)90057-4
12. W. W. Symes, Hamiltonian group actions and integrable systems, Phys. D, 1, № 4, 339–374 (1980); https://doi.org/10.1016/0167-2789(80)90017-2. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-2789(80)90017-2
13. M. A. Semenov-Tyan-Shanskii, What is $mathcal R $-matrix?, Funct. Anal. and Appl., 17, № 4, 17–33 (1983); https://doi.org/10.1007/BF01076717. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01076717
14. A. G. Reyman, M. A. Semenov-Tian-Shansky, Integrable systems: theoretical-group approach, The Computer Research Institute Publ., Moscow, Izhevsk (2003) (in Russian).
15. L. D. Faddeev, L. A. Takhtadjan, Hamiltonian methods in the theory of solitons, Classics in Mathematics, Springer-Verlag, Berlin etc. (2007).
16. A. K. Prykarpatsky, I. V. Mykytiuk, Algebraic integrability of nonlinear dynamical systems on manifolds: classical and quantum aspects, Kluwer Acad. Publ., Dordrecht (1998). DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-011-4994-5
17. M. Blaszak, B. M. Szablikowski, Classical $mathcal {R} $-matrix theory for bi-Hamiltonian field systems, J. Phys. A, 42, Article 404002 (2009); https://doi.org/10.1088/1751-8113/42/40/404002. DOI: https://doi.org/10.1088/1751-8113/42/40/404002
18. O. Hentosh, Ya. Prykarpatsky, The Lax–Sato integrable heavenly equations on functional supermanifolds and their Lie-algebraic structure, Eur. J. Math., 6, № 1, 232–247 (2020); https://doi.org/10.1007/s40879-019-00329-4. DOI: https://doi.org/10.1007/s40879-019-00329-4
19. P. P. Kulish, Analog of the Korteweg–de Vries equation for the superconformal algebra, J. Math. Sci., 41, № 2, 970–-975 (1988); https://doi.org/10.1007/BF01247091. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01247091
20. A. O. Radul, Lie algebras of differential operators, their central extensions and $W $-algebras, Funct. Anal. and Appl., 25, № 1, 25–39 (1991); https://doi.org/10.1007/BF01090674. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01090674
21. C.-A. Laberge, P. Mathieu, $N=2 $ superconformal algebra and integrable $O(2) $ fermionic extensions of the Korteweg–de Vries equation, Phys. Lett. B, 215, № 4, 718–722 (1988); https://doi.org/10.1016/0370-2693(88)90048-2. DOI: https://doi.org/10.1016/0370-2693(88)90048-2
22. S. Bellucci, E. Ivanov, S. Krivonos, On $N=3 $ super Korteweg–de Vries equation, J. Math. Phys., 34, № 7, 3087–3097 (1993); https://doi.org/10.1063/1.530064. DOI: https://doi.org/10.1063/1.530064
23. О. Є. Гентош, Узгоджено бігамільтонові суперконформні аналоги інтегровних за Лаксом нелінійних динамічних систем, Укр. мат. журн., 58, № 7, 887–900 (2006); Переклад англійською: Ukr. Math. J., 58, № 7, 1001–1015 (2006); https://doi.org/10.1007/s11253-006-0119-0. DOI: https://doi.org/10.1007/s11253-006-0119-0
24. О. Є. Гентош, Інтегровна за Лаксом ієрархія Лаберже–Матьє суперсиметричних нелінійних динамічних систем та її скінченновимірна редукція типу Неймана, Укр. мат. журн., 61, № 7, 906–921 (2009); Переклад англійською: Ukr. Math. J., 61, № 7, 1075–1092 (2009); https://doi.org/10.1007/s11253-009-0260-7. DOI: https://doi.org/10.1007/s11253-009-0260-7
25. A. K. Prykarpatski, V. M. Dilnyj, P. Ya. Pukach, M. I. Vovk, Symmetric integrable Hamiltonian systems, conformal Lie superalgebras $mathcal K$ $(1,N=1,2,3)$ and their factorized semi-supersymmetric generalizations, Symmetry, 16, № 11, 1441 (2024); https://doi.org/10.3390/sym16111441. DOI: https://doi.org/10.3390/sym16111441
26. V. S. Vladimirov, I. V. Volovich, Superanalysis, Theor. and Math. Phys., 59, № 1, 317–335 (1984); https://doi.org/10.1007/BF01028510. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01028510
27. A. Yu. Krennikov, Functional superanalysis, Russ. Math. Surveys, 43, № 2, 103–138 (1988); https://doi.org/10.1070/RM1988v043n02ABEH001713. DOI: https://doi.org/10.1070/RM1988v043n02ABEH001713
28. M. Chaichian M., D Leites, J. Lukierski, New $N = 6 $ infinite-dimensional superalgebra with central extension, Phys. Lett. B, 225, № 4, 347–-351 (1989); https://doi.org/10.1016/0370-2693(89)90580-7. DOI: https://doi.org/10.1016/0370-2693(89)90580-7
29. F. Magri, A simple model of the integrable Hamiltonian equation, J. Math. Phys., 19, № 11, 1156–1162 (1978); https://doi.org/10.1063/1.523777. DOI: https://doi.org/10.1063/1.523777
30. P. Lax, Periodic solutions of the Korteweg–de Vries equation, Commun. Pure and Appl. Math., 28, № 1, 141–188 (1975); https://doi.org/10.1002/cpa3160280105. DOI: https://doi.org/10.1002/cpa.3160280105
31. A. G. Reiman, M. A. Semenov-Tyan-Shanskii, Hamiltonian structure of Kadomtsev–Petviashvili type equations, J. Math. Sci., 31, № 6, 3399–-3410 (1985); https://doi.org/10.1007/BF02107241. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02107241
32. D. A. Leites, Introduction to the theory of supermanifolds, Russ. Math. Surveys, 35, № 1, 1–64 (1980); https://doi.org/10.1070/RM1980v035n01ABEH001545. DOI: https://doi.org/10.1070/RM1980v035n01ABEH001545
33. F. A. Berezin, Introduction to superanalysis; English translated: Mathematical Physics and Applied Mathematics, vol. 9, D. Reidel Publ. Co., Dordrecht (1987). DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-017-1963-6_3
34. V. S. Vladimirov, I. V. Volovich, Superanalysis. II. Integral calculus, Theor. and Math. Phys., 60, № 2,743–765 (1984); https://doi.org/10.1007/BF01018974. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01018974
35. V. Ovsienko, C. Roger, Looped cotangent Virasoro algebra and non-linear integrable systems in dimension $2+1 $, Commun. Math. Phys., 273, № 2, 357–378 (2007); https://doi.org/10.1007/s00220-007-0237-z. DOI: https://doi.org/10.1007/s00220-007-0237-z
36. V. Ovsienko, Bi-Hamiltonian nature of the equation $u_{tx}=u_{xy}u_{y}-u_{yy}u_{x} $, Adv. Pure and Appl. Math., 1, № 1, 7–10 (2008); https://doi.org/10.1515/APAM.2010.002. DOI: https://doi.org/10.1515/apam.2010.002
37. A. Sergyeyev, B. M. Szablikowski, Central extensions of cotangent universal hierarchy: $(2+1) $-dimensional bi-Hamiltonian systems, Phys. Lett. A, 372, № 47, 7016–7023 (2008); https://doi.org/10.1016/j.physleta.2008.10.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physleta.2008.10.020
38. I. M. Gel'fand, D. B. Fuks, Cohomology of the Lie algebra of vector fields on the circle, Funct. Anal. and Appl., 2, № 4, 342–343 (1968); https://doi.org/10.1007/BF01075687. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01075687
39. Я. А. Прикарпатський, А. М. Самойленко, Класична задача М. А. Буля, її розв'язки Пфайфера–Сато і класичний принцип Лагранжа–Даламбера для інтегровних нелінійних рівнянь небесного типу, Укр. мат. журн., 69, № 12, 1652–1689 (2017); Переклад англійською: Ukr. Math. J., 69, № 12, 1924–1967 (2018); https://doi.org/10.1007/s11253-018-1480-5. DOI: https://doi.org/10.1007/s11253-018-1480-5
40. O. Ye. Hentosh, A. A. Balinsky, A. K. Prykarpatski, The generalized centrally extended Lie algebraic structures and related integrable heavenly type equations, Carpathian Math. Publ., 12, № 1, 242–264 (2020); https://doi.org/10.15330/cmp.12.1.242-264. DOI: https://doi.org/10.15330/cmp.12.1.242-264
41. О. Є. Гентош, Я. А. Прикарпатський, О. А. Балінський, А. К. Прикарпатський, Геометричні структури на орбітах петельних груп дифеоморфізмів та асоційовані інтегровні гамільтонові системи „небесного'' типу. II, Укр. мат. журн., 74, № 9, 1182–1200 (2022); https://doi.org/10.37863/umzh.v74i9.7234; Переклад англійською: Ukr. Math. J., 74, № 9, 1348–1368 (2023); https://doi.org/10.1007/s11253-023-02140-7. DOI: https://doi.org/10.37863/umzh.v74i9.7234
42. F. A. Berezin, The method of second quantization, Nauka, Moscow (1986) (in Russian).
43. L. E. Ballentine, Quantum mechanics: a modern development, World Scientific Publ. Co., Singapore (2014). DOI: https://doi.org/10.1142/9038
44. S. V. Manakov, P. M. Santini, Inverse scattering problem for vector fields and the Cauchy problem for the heavenly equation, Phys. Lett. A, 359, № 6, 613–619 (2006); https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.07.011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.07.011
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Оксана Гентош

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.